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BGM nach dem 1. Semester, BAS-Nr. 031TU Bergakademie Freiberg: DG Detlev Tondera, Dr. Frank Scholze,
MSc. Marcel Hübner, Dr. Birgit Gaitzsch
Bohrkerndokumentation 12.-16.02.2018
Bohren, Bohrungen, Bohrverfahren
Geologisches Bohren: Herstellen eines Bohrloches in
der Erde oder im Eis mit mechanisch, thermisch
oder hydraulisch wirkenden Mitteln
Dimensionen: sehr unterschiedlich, von > 10 km Teufe
mit Enddurchmesser von wenigen cm bis zu
Schachtbohrungen, nur wenige 100 m tief, aber
Durchmesser bis zu einigen 10er m, Baugrund-
Bohrungen nur wenige m tief
Richtung: im Bergbau oft horizontal, schräg, sonst
meist von EO aus vertikal
geologische Bedingungen und Zielstellung
der Bohrung bestimmen Auswahl
Aufgaben:
* Zerstörung des Gesteins auf der Bohrlochsohle
* Austrag des Bohrkleins aus dem Bohrloch
(kontinuierlich, diskontinuierlich)
* Stabilisierung und Sicherung der Bohrlochwand
(Bohrspülung und/oder Futterrohre)
Einfache Klassifizierungen
…nach Teufe
…nach Aufgabenstellung
…nach Technik/Technologie
…nach hydraulischen Verhältnissen
…nach Umfang der Gesteinszerstörung
- Baugrunduntersuchgungen, wenige Meter- Flachbohrung, bis ca. 500 m, kein Blowout Preventer- Tiefbohrungen, bis ca. 6000 m, BOP- Supertiefe Bohrungen > 6000 m
3.1 Klassifizierung nach Aufgabenstellung
• Forschungsbohrungen (KTB, ODP, CDP)
• Suchbohrungen
• Erkundungsbohrungen
• Produktionsbohrungen
• Technische Bohrungen
• Kartierungsbohrungen
• Baugrundbohrungen
3.2 Klassifizierung nach Technik-Technologie des Niederbringens
2 Verfahrensgruppen:
1. mechanisch wirkende Mittel
2. andere Mittel
3 wichtige Verfahren:
Drehbohrverfahren
Schlagbohrverfahren
Drehschlagbohrverfahren
3.3 Klassifizierung nach hydraulischen Verhältnissen
* Trockenbohrungen
* Spülbohrungen
3.4 Klassifizierung nach Umfang der Gesteinszerstörung
* Vollbohrungen, Meißelbohrungen
* Kernbohrungen
3.6 Spülbohrungen
beim Trockenbohren führt Austrag des Bohrklein
zu ständiger Unterbrechung des Bohrprozesses:
- Abteufzeit wird verlängert
- mit zunehmender Teufe uneffektiv
- ideal für das Bohren im Festgestein
Unterschied zu Trockenbohrung:
-> Flüssigkeitszirkulation im Bohrloch
2 Systeme: Linksspülung
Rechtsspülung
Aufbau einer Rotary-Bohranlage1. Tank bzw. Teich für die Bohrspülung
2. Rüttelsieb
3. Saugrohr der Spülpumpen
4. Spülpumpe
5. Bohrturmantrieb (meist Dieselmotoren)
6. Hochdruckschlauchstück
7. Hebewerk als Hauptzug
8. Standrohr
9. Schlauch zum Spülkopf
10. Rohrkrümmer für den Spülschlauch
11. Kloben
12. Seil des Hebewerks
13. Turmrollenlager
14. Bohrturm
15. Affenbühne, Gestängebühne
16. Züge des Bohrgestänges
17. Boden des Lagers für die Züge
18. Spülkopf
19. Kelly, die Mitnehmerstange
20. Drehtisch
21. Arbeitsbühne oder Tisch
22. Spülungsauslauf Bell Nipple
23. und 24. Bohrlochkontrollvorrichtung
25. Bohrgestänge
26. Bohrmeißel
27. Kopf der Verrohrung
28. Bohrspülungsrückleitung
4. Geologische Informationen aus Bohrungen
• 4.1 direkte Informationen:* Bohrmehl* Bohrklein* Cuttings (Spülproben)* Bohrkern
• 4.2 indirekte Informationen:* Messverfahren Eigenschaften Bohrlochfluida* 4.2.1 Messverfahren geometrischer Größen* 4.2.2 Geophysikalische Bohrlochmessungen
4.2 Indirekte Informationen
Messkabel
Messverfahren geometrischer Größen sowie geophysikalische Bohrlochmessungen
Bestandteile einer Bohrlochmessausrüstung:
1. RegistriereinheitSteuerung des Messvorgange, Energieversorgung der Sonde über das Kabel, Aufnahme, Darstellung und Speicherung der Messwerte, Formationsparameter, Fahrge-schwindigkeit, Zugspannung desKabels.
2. BohrlochmesskabelMechanische Halterung der Sonde, Stromversorgung der Sonde,Messwertübertragung, Tiefenposition der Sonde.
4.2.1 Messverfahren von Eigenschaften und geometrischen Größen
• indirekte Informationen über Messverfahren:
geometrische Größen wie Bohrfortschritt (1), Kaliber (2), Spülungsverluste
• z.B. GW-Stand (Pegel): Brunnenpfeife
• Temperaturmessungen
• Salinitätsmessungen
• Spülungsmessungen
• Richtungsmessungen
4.2.2.1 Elektro- und Elektromagnetische Verfahren
• Geoelektrik (Widerstandsmessungen)
• Petrophysikalische Eigenschaft: spezif. elektr. Wider-stand rs[Ωm]
• Messgröße: scheinbarer elektr. Widerstand rs [Ωm]
• Gesteinsbenennung: hoch-/niedrigohmige Gesteine
• Beispiele: Ton/Sand, Tonstein/Sandstein, Erzgang/Silikatgestein….
Prinzip GeoelektrikOben: Messanordnung, aus der sich auch die Einheit Ohmmeter ableiten lässt.Die Tabelle gibt Widerstandswerte für einige Gesteine und Minerale wieder. Für die Bohrlochmessung wird beispielhaft die Messkurve einer Sand-Ton-Wechsellagerung dargestellt(aus: Sebastian 2014)
4.2.2.2 Kernphysikalische Verfahren
• Radiometrie (Gamma-log)
• Gamma-Gamma-log (Dichtemessung Braunkohle-Erkundung)
• Neutron-Neutron-log
• (Neutron-Gamma-log)
Radiometrie, Gamma-log
• Messung der natürlichen Gammatsrahlung, Gamma-Messung
• Petrophysikalische Eigenschaft: Gehalt an radiogenenIsotopen wie U, Th, K
• Messgröße: Zählungen [cps counts per second], Kalibrierung auf API
• Gesteinsbenennung: U/Th oder K-reiche/arme Gesteine
• Beispiele: Kalisalz/Steinsalz, Ton/Sand, Tonstein/Sandstein,
Prinzip Radiometrie Gammamessung
Radioaktiver Zerfall, Kalibrierung der Messsonde nach American Petroleum Institut API) und Messmethodik einer Bohrloch-Gamma-Messung mit K, Th und U-Gehalten und natürlichen Gamma-Aktivitäten von Mineralen und Gesteinen(aus: Sebastian 2014)
Gamma-Gamma-Messung
• Petrophysikalische Eigenschaft: Dichte r [gcm-3]
• Messgröße: Zählungen [cps counts per second]
• Gesteinsbenennung: Gesteine mit niedriger/hoher Dichte (klüftige/dichte Gesteine)
• Beispiele: Gabbro/Granit, Basalt/Steinsalz, Sandstein/Tonstein
Prinzip Gamma- Gammamessung
Bei der Bestrahlung des Gesteins mit Gammaquanten kommt es zur Wechselwirkung mit der Materie des Gesteins und zum Energieverlust.Je mehr Wechselwirkungen, desto weniger Gammaquanten erreichen den Empfänger. (aus: Sebastian 2014)
Meßgröße: primär die Anzahl der ankommenden Gammaquanten pro Sekunde (cps). Erst der Einsatz kalibrierter Sonden und entsprechender Korrekturfaktoren zur Bohrlochgeometrie, Fahrtgeschwindigkeit und Spülungsdichte ermöglicht die Umrechnung dieser relativen Größe in die SI-Einheit g/cm3.
Neutron-Neutron-Messung
• Petrophysikalische Eigenschaft: Poreninhalt, Wassergehalt [%], Porosität [/]
• Messgröße: Zählungen [cps counts per second]
• Gesteinsbenennung: wassergesättigte/wasserfreie Gesteine (dichte/poröse Gesteine)
• Beispiele: Sand/Ton, Sandstein/Tonstein, gas/wassergesättigter Sandstein
Prinzip Neutron – Neutronmessung
Bei der Bestrahlung des Gesteins mit Neutronen kommt es zur Wechselwirkung. Je mehr Wasser im Gestein, desto stärker werden die Neutronen abgebremst und desto geringer fällt das Signal am Empfänger aus. Für die Bestimmung der Porosität sind Angaben zum Tongehalt und zur Art des Fluids in den Poren wichtig, hier werden Korrekturfaktoren eingesetzt. (aus: Sebastian 2014)
Kombination verschiedener Messverfahren
Bandbreiten zu erwartender Werte von Bohrlochmessungen für einige Gesteine. Nach FRICKE und SCHÖN 1999 (aus: Sebastian 2014)
Kombination g-g-Dichte und NN-Log
Gestein 1
Gestein 2
+
Beispiel 1: Sandstein, gleiche Porosität, unterschiedliche Porenfüllungen
-
g-g-Dichteg/cm3
+ - + - -+
Beispiel 2: Sandstein, unterschiedliche Porosität, gleiche Porenfüllungen
Beispiel 2Beispiel 1
NN-Porositäts-einheiten FN
Öl
Gas Öl
Öl
NN-Porositäts-einheiten FN
g-g-Dichteg/cm3
Aufgabe:Interpretieren Sie für ein Profil im Lockergestein die nebenstehenden Bohrloch-Messkurven und ordnen Siedie drei Sedimente den Profilabschnitten zu.
Messkurven für die geophysikalischen Bohrlochverfahren Widerstandsmessung,Gamma, Gamma-Gamma sowie Neutron-Neutron-Messung in Sedimenten. (nach Militzer et al. 1986)
4.2.2.3 Sonic-log oder akustisches Messverfahren (Akustik log)
• Akustiklog-Messsonde sendet Ultraschall-impulse ins Gestein, empfängt sie nach Durchschallung des Gesteins in etwa 1m Entfernung wieder und misst Zeit dafür, Maßeinheit µs/m
• Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Schall-wellen hängt ab von Kompaktion
• Wegstrecke ist bekannt, aus Laufzeit kann gesteinstypische Geschwindigkeit berechnet werden
• wichtig für Porositätsbestimmungen
Kombination verschiedener Daten
• Interpretation der Fazies, von Abfolgen (Sequenzen) und kompletter Ablagerungssysteme
• 4D-Rekonstruktion geologischer Systeme -> Rohstoff- und Lagerstättensuche – Beispiel Rötbohrung
• Grundlagenforschung, Sequenzstratigraphie:• Methodik der Stratigraphie, Korrelation von Sedimenten
und Sedimentgesteinen • Anders als Lithostratigraphie Korrelation zeitgleich
abgelagerter Sedimente mit unterschiedlicher Lithologie• Grundlagen: Walter`sche Faziesregel, Veränderungen im
Sedimentationsraum – sea level bzw. base level• Beispiel Perm Nordwestdeutschland
Bohrloch-“Fernseher“ II
Figure 9: An example of composite geophysical and lithological logs from Handcart
Gulch wells. URL: http://crustal.usgs.gov/projects/Handcart_Gulch/infrastructure.html
• Unterlagen (Downloads Paläontologie: Unterlagen zum GP Bohrkerndokumentation)
• Feldbuch (DIN A5, fester Einband, kariert - als Raster für maßstäbliche Zeichnungen), Freiberger Kartcard
• Hammer, Lupe, Salzsäure (10%, in beschrifteter Tropfflasche), Gliedermaßstab (2 m), Taschenmesser
• Winkelmesser, Zeichenpapier DIN A4, Millimeterpapier, Bleistift, Buntstifte, Markerstift, Farbvergleichskarte, Fotoapparat o.ä.
• Für die Kerndokumentation derbe Kleidung, feste Schuhe, Rucksack-Verpflegung selbstverständlich
• Für die Auswertung Tuschezeichner (Fineliner) und Farbstifte und pro Gruppe ein Speichermedium
• zentrales Login (sollten Sie bei der Immatrikulation erhalten haben)
• Gute Laune und Leistungswillen!
Ausrüstung BP 3: